Publicado originalmente el 23 de Febrero de 2017.
Ómnibus, del latín: Para todos
Disclaimer
Este es un proceso investigativo con el propósito de entender el funcionamiento de una pieza tecnológica y de su implementación. La intención de esta publicación es poder transmitirlo de forma ética ofreciendo la posiblidad de mejorar el sistema.
En el mejor escenario posible este tipo de discusiones técnicas deberían tener un lugar en el desarrollo de aplicaciones de cualquier privado, estatal, club social y deportivo, etc. La ausencia de contralor es y será el problema mas grande de las tecnologías de la información.
Érase una vez…
STM nace con el ideal de llevar a Montevideo al siglo 21 ofreciendo una tarjeta de transporte como las que hay en muchos otros lugares del mundo.
Más allá de la diversión técnica que trae crackear este tipo de tarjetas, la motivación principal es el aparente conocimiento por parte del estado de las carencias de seguridad de la misma. Véase la presentación más abajo.
Desde la invención de NFC, la batalla por qué tipo de tarjeta es mejor ha sido fiera. Pero hubo una que se hizo extremadamente famosa luego de ser adoptada en varios lugares del mundo para sistemas de transporte: la Mifare Classic de la empresa NXP.
Todo este blogpost trata sobre un problema que han tenido las tarjetas Mifare desde el principio. Siendo totalmente público desde el 2008, el mismo llevó a que la propia Mifare no recomiende el uso de sus tarjetas Classic cuando la seguridad es algo importante: Seguridad Mifare Classic
Following the broad acceptance of contactless ticketing technology and extraordinary success of the MIFARE Classic® product family, application requirements and security needs constantly increased. Therefore we do not recommend to use MIFARE Classic in security relevant applications anymore.
Bueno, empecemos con lo que nos atañe. Esta es una explicación de una vulnerabilidad que tiene tantos años como el producto en sí.
La vulnerabilidad afecta a todas y cada una de las tarjetas STM.
Para dar un poco de contexto, la siguiente es una presentación “interna” (gracias Google) que explica todo el sistema de transporte. Antes de que me digan nada, es del 2008.
Más allá de la antigüedad de la presentación, lo que más me llama la atención es la cantidad de información interna que hay.
… una tarjeta de transporte
Montevideo optó por un modelo de tarjeta NFC de la empresa NXP. NFC es una tecnología que tiene muchos años en el mercado, es ese tipo de magia negra que nos llena con la ilusión de estar viviendo en el futuro: transmisión de datos sin contacto. La elección del modelo de NXP sucedió hace ya mucho tiempo seguramente atado a un bajo precio o quién sabe qué.
… qué no era como las demás
Sabemos varias cosas: es una tecnología que lleva tiempo ahí afuera y que no es particularmente cara.
En cualquier otro escenario esto no sería ningún problema, el problema es (como con todas las ideas en general) la implementación, una idea no vale nada.
Dentro de la tecnología de la información hay dos escuelas: la cerrada, que pregona que toda tecnología privada y sellada es más valiosa; y la otra, donde optamos por compartir lo que sabemos (y se nos tilda de hippies que no entendemos nada en el proceso).
Mi mentor una vez me dijo: “nunca uses un algoritmo que no haya sido evaluado por pares; cuantos más ojos miren, más van a poder encontrar los errores”. Me tomó 15 años encontrar un caso tan evidente como este.
NXP, la empresa detrás del desarrollo de la tarjeta STM decidió usar su propio sistema criptográfico conocido como CRYPTO1.
Como se imaginarán, esa no fue una idea demasiado brillante.
La seguridad por oscuridad tiende a colapsar ante el primer vestigio de luz.
Unos meses después del lanzamiento de la tarjeta ya exisitía un exploit. El problema radica en la generación de números al azar (RNG) de la tarjeta donde por una mala implementación el azar es predecible. Así nació CRAPTO1.
… y quería que todos viajaran.
Esta es la parte jugosa.
Sabemos cómo funciona y sabemos cómo puede llegar a fallar. Ahora, ¿qué tan fácil es viajar gratis en el sistema de transporte metropolitano?
¿Qué información habrá en su interior? ¿Podrá ser víctima de un Replay Attack? Es decir, ¿se podrá clonar la tarjeta y/o restaurarla a un estado anterior terminando así con (a efectos prácticos) saldo ilimitado?
Mi investigación llevó un tiempo, desde la comprensión del problema hasta el acceso al hardware necesario.
Al día de hoy el costo de toda la investigación fue de $40 dólares de Trump ^_^.
Pero no siempre fue así.
La historia comienza cuando pude tener acceso a un lector NFC de bajo costo. El modelo que elegí fue el PN532 que sabía tenía buena compatibildad con Raspberry Pi. Esta elección se daba por lo siguiente:
El modelo de tarjeta NFC de la STM está dividida en sectores, y para tener acceso a cada sector se necesita una clave de lectura y otra de escritura.
Dado el problema en la generación de números aleatorios de la tarjeta, teniendo una clave cualquiera de las 32 posibles de una tarjeta se puede inferir el valor de todas las restantes. Esto puede ser un proceso tedioso de entre 5 minutos a algunas horas, pero garantiza una copia completa de la tarjeta siempre… siempre y cuando se tenga paciencia.
Mi enfoque original era bastante optimista, asumí que durante la implementación no habrían cambiado alguna de las claves que vienen en la tarjeta por defecto. Pero en defensa de quien sea que lo haya implementado, efectivamente cambiaron las claves por defecto de la tarjeta.
Pero aún no termina la historia, si bien es más fácil acceder a una tarjeta teniendo una de las claves, también existe otra manera: fuerza bruta.
Es por ese motivo que queria una Raspberry Pi: armé un setup con una Pi y el lector, redundancia electrica, una alerta para cuando encontrara algo, y tiré una moneda al aire.
4 días después me llené de euforia al ver esa clave hexadecimal: 0xd14400000000
Bueno, no esa… puse en cero algunos valores para hacerlo más interesante :P.
Habiendo conseguido esa clave pude inferir el resto de las claves de la tarjeta.
Pero, ¿cuál es la gracia si sólo se puede hacer en una tarjeta? Hay una cantidad gigante de claves ahí afuera, todos sabemos que repetir este proceso por cada una de ellas es ridículamente trabajoso… a menos que…
Intetando reproducir el experimento en otra tarjeta me cansé de esperar el ataque de fuerza bruta y probé las 32 claves que ya tenía de la tarjeta original.
31 claves denegadas después noté algo interesante… la primer clave de lectura del primer sector de todas las tarjetas es la misma. Usando esta clave “maestra” todo el resto de claves pueden ser inferidas.
Con mejor hardware, como un lector Proxmark3 el tiempo de crackeo de la clave es de menos de 10 segundos.
Un vestigio de luz.
Ahora ilumenemos todo el cuarto y veamos cómo funciona la STM.
En el momento que un usuario compra su tarjeta de transporte se asocia el UID de la tarjeta NFC a la cédula, sin puntos ni guiones:
UID: 123123123123 -> CI: 12346789
En caso de perder la tarjeta y solicitar una nueva se repite el proceso,
pero la cédula (o usuario en este caso) cambia a 12346789_2, o sea, un guión bajo
más el n siguiente.
Esto trae muchos problmeas, empezando por el anonimato: cada ruta de un portador
de tarjeta STM puede ser inferida con bastante facilidad, pero no sólo eso.
Los UID de las tarjetas NFC pueden ser leídos sin necesidad de una clave de
lectura, por lo tanto un agente externo puede “identificar” a un usuario desde una
distancia prudencial.
Luego, al subir a un ómnibus y acercar la tarjeta al lector sucede lo siguiente:
se lee el primer sector con la clave maestra que irónicamente guarda el UID de
la tarjeta, seguramente como validación. Con ese UID se calculan los valores
de las claves de los siguientes sectores.
Se siguen varias de las recomendaciones de seguridad que les pide Mifare a los que usen este modelo viejo que son: contadores (que aumentan y decrecen) y que los datos como las fechas y el crédito no estén en texto plano (por suerte). Están guardados usando XOR.
Ese registro de crédito pasa a la computadora de abordo, ubicada arriba a la derecha entrando al ómnibus. Que tiene un pendrive que guarda los datos de las tarjetas y sus rutas y es entregado con la recaudación al final de cada jornada.
Es decir, el registro de boletos y su crédito es guardado de forma offline, y luego (¿diariamente?) es actualizado en una base central.
Lo que nos da como única fuente de la verdad a la tarjeta STM. Una tarjeta hackeable.
La tarjeta (en su implementación) es vulnerable a lo que se conoce como Replay Attack ya que si guardamos una imagen de la tarjeta con $2000 podemos restaurarla a su estado anterior.
Incluso el uso de emuladores NFC como el Proxmark3 hacen posible tener un dispositivo con saldo perpetuo.
Destino.
Uno de los conflictos mas grandes que encontre en esta investigación es la necesidad de atar la cédula de identidad de una persona a una tarjeta, ésto no sólo evitando que un turista pueda tener su tarjeta para viajar sino que atentando a la identificación de las personas. La responsabilidad de los datos no se reduce a ofrecer garantías en donde se guardan sino que también es necesario entender cuando esta información es necesaria. Una excelente fuente para saber mas es este handbook
El problema no radica exclusivamente en la ejecución de la solución, sino en la falta de control que los sistemas estatales (y no estatales) tienen. El objetivo de esta investigación es entender un sistema y sus piezas móviles, no el abuso del mismo.
Cabe aclarar que no somos la excepción en la región, tanto la SUBE de Argentina, como la BIP! de Chile son vulnerables al mismo ataque. La única curiosidad que tengo es que nuestro sistema fue implementado luego de que este modelo de tarjeta se haya mostrado como vulnerable.
En un mundo ideal hay contralor, hay apertura, hay transparencia y la posibilidad de auditar el mundo que nos rodea cuando el propósito es mejorarlo.
En un mundo ideal hay libertades individuales y el uso de tecnología no nos ata a una base de datos.
Pero en el mundo real no siempre pasa y espero que esta publicación sea una pequeña luz al final del túnel sobre como un individuo puede contribuir hacia lo que puede ser posible.